應用于無功補償的智能電力電容器
摘要：在電力系統和用電設備中，低壓電力電容器一般采用并聯方式。它減少了電力系統中無功功率的輸出，減輕了電力設備的負荷，為電力系統提高了電力設備的有功功率、功率因數和損耗。
智能電容器融合了現代測控、電力電子、網絡通信、自動化控制、電力電容器等*技術。改變了傳統無功補償裝置的后向控制器技術和后向機械接觸器或機電一體化開關作為投切電容器的投切技術，改變了傳統無功補償裝置笨重笨重的結構模式，從而使新一代低壓無功補償設備具有補償效果更好、體積更小、功耗更低、價格更低、更節省成本、使用更靈活、維護更方便、使用壽命更長、可靠性更高的特點。 ，適應現代電網對無功補償的更高要求。
關鍵詞：智能電力電容器；無功補償；并聯電容器；自動擬合；功率因數
介紹：
近年來，無功補償和諧波問題已成為電能質量中非常棘手的問題，這對電力系統非常重要。其危害也是大家廣泛認可的。國家和地方政府也頒布了許多相關的標準和法規。由于電能質量問題的復雜性和特殊性，我司作為電能質量產品的供應商，也在積極投入研發各類治理產品。開發各種解決方案，為電力系統保駕護航！
一、背景介紹：
一、功率因數低的危害
在供電系統中，由于存在感性電氣負載，系統的自然功率因數較低。如果不使用人工補償，可以增加系統功率的因素會造成以下不利影響：
(1)降低發電機的輸出功率。當發電機需要增加無功輸出時，當發電機運行在額定功率因數以下時，發電機的有功輸出會降低。
（2）降低變電設施供電能力。
(3)設備和線損增加。
(4)功率因數越低，線路和變壓器的壓降越高。如果是脈沖無功負載，也會引起電電網波動劇烈，使用電設備運行狀況惡化，嚴重降低供電質量。
2、提高功率因數的好處
供電部門為了提高性價比，要求用戶提高功率因數。提高功率因數對用戶端有什么好處？
① 通過提高功率因數，降低線路中的總電流和供電系統中電器元件的容量，如變壓器、用電設備、電線等，既降低了投資成本，又降低了損耗自己的電能。
② 保證良好的功率因數值，可以減少供電系統中的電壓損失，使負載電壓更加穩定，提高供電質量。
③可以增加系統的裕度，挖掘發電設備的潛力。如果系統功率因數較低，在現有設備容量不變的情況下，加裝電容器后可提高功率因數，增加負載容量。
例如，當1000kVA變壓器的功率因數從0.8提高到0.98時：
補償前：1000×0.8=800kW
補償后：1000×0.98=980kW
對于同樣的1000kVA變壓器，功率因數變化后，可額外承受180kW負載。
④ 減少用戶的用電支出；通過上述元件損耗的減少和功率因數的提高，電費得到了折扣。
可見，提高功率因數不僅對電力系統具有重要意義，對企業的經濟運行也具有重要意義。工業企業在考慮提高功率因數時，應采用人工無功補償裝置，提高電力系統的功率因數，提高供電質量。
3、什么是無功補償？
無功功率補償，全稱無功功率補償，是在供電系統中提高電網功率因數，降低供電變壓器和輸電線路損耗，提高供電效率，提高供電效率的一種技術。供應環境。因此，無功補償裝置在電力供應系統中處于且非常重要的地位。合理選擇補償裝置可以在很大程度上降低電網的損耗，使電網質量更好。提升。反之，選擇或使用不當，可能會引起供電系統、電壓波動、諧波增加等諸多因素。詳細介紹了無功補償的基本原理、意義、投切方式、電路、控制器、高低壓裝置、補償方式以及存在的問題。
4、無功補償的意義？
(1)降低變壓器輸出無功功率，降低電網運行電流
(2)降低變壓器和電纜的損耗，節約能源
(3)提高變壓器的利用率，輸出更多的有功功率
(4)提高電網功率因數，避免電費罰款
(5)降低配電系統電壓降，提高用戶端電壓
二、產品介紹
本文簡單介紹了無功補償裝置的智能電力電容器。
1、電力電容器的補償原理
原則上，電容器相當于產生容性無功電流的發電機。無功補償的原理是將裝置與容性電力負載和感性電力負載并聯在同一個電容器上，在兩個負載之間進行能量轉換。這樣，減少了電網中變壓器和輸電線路的負載，從而提高了輸出功能功率。在輸出一定有功功率的情況下，降低了供電系統的損耗。相比之下，電容器是減輕變壓器、供電系統和工業配電負載的一種簡單而經濟的方法。因此，在電力系統中采用電容器作為無功補償勢在必行。目前，用并聯電容器作為無功補償裝置非常普遍。
2、電力電容補償的特點
1) 優勢
電力電容器無功補償裝置安裝方便，安裝位置增減方便；低有功功率損耗（僅為額定容量的0.4%左右）；建設周期短；投資小；無轉動部件，操作維護方便；個別電容器組損壞，不影響整個電容器組運行等優點。
2）缺點
電力電容器無功補償裝置的缺點是：只能逐步調節，不能平滑調節；通風不佳，一旦電容器工作溫度高于70℃，容易膨脹爆炸；電壓特性不好，短路穩定性差，去除后殘留電荷;無功補償精度低，容易影響補償效果；補償電容器運行管理困難，電容器安全運行問題未得到重視。
3、主要應用領域有：
■ 小區配電系統
■ 市政商業建筑
■ 交通隧道配電系統
■ 換箱、整柜、戶外配電箱
4、電容補償裝置介紹
AZC/AZCL系列智能電力電容器補償裝置是用于0.4kV、50Hz低壓配電的新一代無功補償設備，用于節能、降低線損、提高功率因數和電能質量。它由智能測控單元、可控硅復合開關電路、線路保護單元、兩套總補償或單獨補償的低壓電力電容器組成。可代替柜內與柜內用導線連接的熔斷器、復合開關或機械接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等備件組成的常規自動無功補償裝置。改變了傳統無功補償裝置笨重笨重的結構，具有補償效果更好、體積更小、功耗更低、價格更低、更節省成本、使用更靈活、維護更方便、使用壽命更長等特點更高的可靠性滿足現代電網對無功補償的更高要求。
(1)AZC系列智能電容器采用晶閘管復合開關投切，投切點好，實現無電弧通斷；完善的保護功能，集成在一個模塊中，安裝方便。
AZC系列智能電容選型：
(2) AZCL是在AZC的基礎上，串聯合適的電抗率（7%適用于5/7倍以上的諧波環境，14%適用于3/5/7倍以上的諧波環境的電抗）可以有效解決諧波，避免諧波諧振放大，保護電容柜自身壽命。
AZCL系列智能電容器的選用：
以上兩款智能電容均采用LCD液晶顯示器，可實時顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容回路數、開關狀態、有功功率等。無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電氣參數。通過內部晶閘管電子管復合開關電路，自動尋找*佳輸入（切）點，實現無弧切換；保證過零投切，無浪涌電流，無觸點燒結，能耗低，無諧波；同時具有抗干擾、防雷擊、電源缺相、空載跳閘等保護功能，特別適用于無功補償時的投切電容器，無需安裝散熱器。
5、并聯電容補償無功功能特點：過零投切、相位補償、溫度保護、缺相保護、過欠壓保護、諧波功能、智能網絡控制、可靠性高、積木式結構、接線簡單、方便擴展，維護方便，效果顯著。
(1) 高壓集中補償
電容器組集中安裝在企業或地方總壓降變電站的6~10kV母線上，以提高整個變電站的功率因數，使變電站供電范圍內的無功功率基本平衡，可降低高壓線路無功損耗，提高變電站供電電壓質量。
(2) 團體補償
在功率因數較低的車間或廠區等終端變電站的高壓或低壓母線上安裝電容器組。這種補償方式具有與集中補償相同的優點，只是無功補償的容量和范圍都比較小，但是群補的效果比較明顯，比較常用。
(3) 地方補償
在異步電動機或感應用電設備附近設置電容器或電容器組，就地進行無功補償，也稱為單獨補償。這種方法不僅可以提高用電設備的功率因數，而且可以提高用電設備的電壓質量，非常適用于中小型設備。
六、案例介紹
生產現場負載主要是中頻爐和生產電機。配電室有1#、2#、3#變壓器，容量均為1250kVA。據現場工作人員介紹，無功需求主要由電機產生，1#、2#、3#下電機的負載基本相同。在電容器柜前（補償形式為普通補償），補償電容器已經通斷。在擊穿燒毀事故中，中頻爐處于絕緣狀態，系統功率因數偏低。已經罰了一大筆錢。
現場測量示意圖
該公司工作人員在現場對其正常工作條件下的電能質量進行了測量，然后結合現場對測得的數據進行了分析，得出的結論主要有兩個方面的原因：
diyi，原電容柜下面的補償電容不是交叉電阻的。系統中的主要諧波是5次、7次、11次和13次諧波。現場電容器柜未與電抗器串聯。純容性無功補償裝置是相對于諧波電流的低阻抗通道。因此，補償裝置易于放大諧波電流。嚴重時甚至可能與系統產生共振，造成設備損壞。這就是燒 傷的原因。
二、在1#變量數據中，中頻爐剛開機時諧波電流為182A，諧波電流為250A，約為保溫狀態時的1.3倍； 3#變量測量數據，兩臺中頻爐啟動時諧波電流應在400A左右，保溫狀態會超過500A。考慮處理效果和成本，建議1#變壓器采用300A有源濾波器，3#變壓器采用500A有源濾波器進行諧波治理，減少電網諧波。這樣，電網諧波對電容器柜的影響也將大大降低。
現在考慮電容補償部分的整流。由于系統5次及以上諧波含量較大，建議改造電容器柜進線，串聯一個電抗率為7%的電抗（可抑制5次及以上諧波流入電容器柜）。
以3#變量測量數據為例。在正常運行情況下（此時負載全開，未放入電容器柜），負載總有功功率P約為680kW，功率因數為。為達到目標功率因數，需要補償的無功功率為：
由于實際輸出的無功功率與加在電容器兩端的電壓的平方成正比：串聯電抗后有一個與電抗率有關的衰減，因此應保證360kvar的實際輸出。裝機容量需要為：
考慮到電容器組在工作時可以循環工作，避免所有電容器組滿載投切，有一定的余量。推薦變壓器低壓側電容器組裝機容量為600kvar。
智能電容配置方案：600kvar總補償=50kvar總補償*12
柜體尺寸：1200（寬）*2200（高）*800（深）
智能電容器主要器件選型表
每個智能集成電力電容器可以獨立運行，也可以并聯。網絡運行時，智能集成電容器組會自動生成一個主控，控制其他從機工作。當master出現故障時，會從slave產生另一個master，繼續控制整個補償系統；當從機出現故障時，會自動恢復，不影響其他智能集成電力電容器的正常運行。
三。概括
無功補償是一項建設性的技術措施，對電網的安全經濟運行具有重要作用。關鍵是根據電網和負載的特點選擇合理的補償方式。鑒于目前電網諧波污染嚴重，在做無功補償時，必須選擇合適的裝置，避免諧振和諧波放大，保證容抗的壽命和無功補償裝置的補償效果，并為客戶創造價值。
